异步电机的新型非线性自抗扰控制器的研究

为提高控制系统的鲁棒性,抑制电机参数波动及负载扰动的影响,基于自抗扰控制器(ADRC)原理,提出了适用于异步电机控制系统的自抗扰控制器方案.自抗扰控制器由3部分构成:跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈控制律.自抗扰控制器不依赖于被控系统的具体数学模型并对内外扰有较强的抗扰能力,而且在整个系统工作区间内都会有良好的鲁棒性与适应性.仿真结果表明自抗扰控制器对模型的不确定性以及测量噪声的鲁棒性较好,而且它还具有较优的动态性能.     

阀控非对称缸电液伺服系统线性自抗扰控制

阀控非对称缸是一类典型电液伺服系统,具有强非线性和不确定性。传统非线性控制方法很难有效处理包含未建模态、外部扰动以及参数变化等多源不确定扰动对控制性能的影响。针对这一问题,本文提出了一种电液伺服系统线性自抗扰控制方法,利用线性扩张状态观测器实现综合扰动的实时估计,并采用状态误差反馈控制律给予主动补偿,同时消除跟踪误差。证明了设计的线性扩张状态观测器状态观测误差的收敛性。根据工程实际中的参数进行仿真研究,其结果表明这种控制方法能有效抑制电液伺服系统中不确定性扰动,与PID控制器相比具有较强的鲁棒性,并提高了位置跟踪精度。     

电力系统自抗扰控制器

"自抗扰"控制技术是非线性PID控制技术的新发展,它基于扩张状态观测器,通过对模型不确定因素和外扰进行补偿,使得控制效果对外扰和不确定因素均有很好的适应能力.针对这一方法对于如何具体构造扩张状态观测器尚无明确结论以及还缺乏有实际背景的应用的现状,文章对构造低阶扩张状态观测器给出了一个充分条件,并以直流输电附加控制为背景设计了自抗扰控制器.交直流并行输电系统的仿真结果表明所设计的控制器具有良好的控制效果和很强的鲁棒性,可以更好地改善系统的动态特性,从而显示出这种控制方法在电力系统有着良好的应用前景.     

非线性自抗扰状态PI控制器的研究

针对线性状态PI控制器只适用于单输入单输出的线性系统的不足 ,提出了非线性自抗扰状态PI控制方法 ,将“自抗扰”控制技术的控制思想应用于常规状态PI控制 ,使其适用于单输入单输出的非线性系统的控制。解决了“自抗扰”控制技术中扩张状态观测器的参数问题 ,并对系统的稳定性进行了定性分析。仿真算例表明 ,非线性自抗扰状态PI控制器对对象模型参数摄动和外扰具有良好的适应性和鲁棒性     

基于Monte-Carlo方法的自抗扰控制系统优化设计

针对一类含有不确定性的状态可测的单变量非线性对象,应用Monte-Carlo方法,研究自抗扰控制系统扩张状态观测器的优化设计问题,并对自抗扰控制系统的性能鲁棒性进行定量研究.仿真结果证明利用Monte-Carlo试验对自抗扰控制系统优化的方法不仅计算简便、可操作性强,而且还进一步提高了系统的性能鲁棒性和适应性.     

非线性自抗扰状态PI控制器的研究

针对线性状态PI控制器只适用于单输入单输出的线性系统的不足,提出了非线性自抗扰状态PI控制方法,将“自抗扰”控制的控制思想应用于常规状态PI控制,使其适用于单输出的非线性系统的控制,解决了“自抗扰”控制技术中扩张状态观测器的参数问题,并对系统的稳定性进行了定性分析,仿真算法表明,非线性自抗扰状态PI控制器对对象模型参数摄动和外扰具有良好的适应性和鲁棒性。     

基于模糊自抗扰技术的机械臂轨迹跟踪控制

考虑机械臂动力学模型中存在未建模动态、摩擦力矩、外部干扰等不确定性因素,为了提高系统的轨迹跟踪控制性能,设计了模糊自抗扰控制器。利用自抗扰技术中的扩张状态观测器能够对系统内外部扰动进行实时估计的特性,观测系统的不确定性因素,应用跟踪微分器提高系统动态响应性能,同时结合模糊控制技术对非线性误差反馈控制加以改进,从而实现了误差反馈增益的优化自整定。仿真结果验证了该控制器的强鲁棒性和有效性。     

基于改进型ADRC的双轴伺服系统摩擦补偿研究

文章针对双轴伺服系统中摩擦的非线性、不确定外扰,在分析系统轮廓误差的基础上,结合交叉耦合的思想,采用了一种改进型二阶自抗扰控制器(ADRC),对摩擦力进行补偿。该控制器利用具有强鲁棒性的高增益扩张状态观测器观测系统的摩擦及其它内外扰动,并加以补偿,同时采用了一类新的非线性函数,克服了由于常规ADRC非线性状态误差反馈控制律中非线性函数的不平滑性,而导致系统对于摩擦敏感的缺点。仿真对比分析表明,改进型ADRC能够很好地进行摩擦补偿,使系统具有更好的鲁棒性,提高系统轮廓加工精度。     

基于干扰估计的直流电动机间接自适应鲁棒控制

针对广泛存在于直流电动机伺服系统中的参数不确定性和不确定性非线性问题,提出一种基于有限时间干扰观测器的间接自适应鲁棒控制方法.间接自适应控制和有限时间干扰观测器融合在一起,分别处理参数不确定性和不确定非线性,通过李雅普诺夫方法从理论上证明了整个闭环系统的稳定性.仿真结果表明:该方法能准确地对参数和干扰进行估计,且与传统控制方法相比,具有参数及干扰估计精度高、抗扰能力及参数变化鲁棒性强的特点,为提高伺服系统的动态跟踪性能提供了理论依据.     

深海船舶动力定位的动态面复合自抗扰控制

以自抗扰控制为基础,针对其非线性状态误差反馈控制律和扩张状态观测器分别引入动态面控制及线性自抗扰控制思想进行适应性改造,设计出一种运用于船舶动力定位的动态面复合自抗扰控制器。改进的非线性状态误差反馈控制律是为了提高系统对扰动的估计能力,线性扩张状态观测器是为了在估计扰动的同时对参数的选取进行简化。仿真结果表明,改进后的动态面复合自抗扰控制器有更好的抗干扰能力,对目标值的调节时间更快,鲁棒性更强,提升了船舶动力定位的精准度。     

板宽板厚多变量系统的自抗扰解耦控制

针对精轧的板宽板厚多变量系统具有强耦合、大时滞、不确定性、干扰因素多、非线性等特点,应用自抗扰控制(ADRC)静态解耦和扩张状态观测器(ESO)动态解耦技术,给出一种多变量系统的ADRC解耦设计方案. 为提高时滞对象的快速性,设计了一种去掉跟踪微分器(TD),由ESO和非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)两部分组成的ADRC,其中NLSEF改用非线性函数实现,ADRC阶次比常规方法低一阶. 仿真结果表明,该控制方案不仅解耦效果好,而且对模型的不确定性和外部扰动具有较好的鲁棒性和适应能力.     

低速摩擦伺服系统的近似有限时间稳定跟踪控制

针对系统状态不可测且存在不确定性的低速摩擦伺服系统,研究其有限时间稳定跟踪控制问题,提出一种具有动态主动补偿特性的非线性反馈控制方法,使低速摩擦伺服系统近似实现有限时间稳定跟踪。同时,为了解决跟踪系统部分状态未知及不确定性问题,设计了扩张状态观测器。仿真结果验证了该控制方法及扩张状态观测器的有效性。     

基于自抗扰控制技术的轧机主传动系统机电振动控制

轧机驱动电机与轧辊间采用长轴连接,连接轴刚度有限,因此在带材高速轧制时,常规电流、转速双闭环控制易产生机电振动和断带现象.为了克服该缺陷,针对轧机主传动系统精确模型不易获得的特点,将不确定外扰和未建模动态视为一个综合扰动项,运用扩张状态观测器对系统状态和综合扰动项进行观测,设计了轧机主传动机电振动扩张状态观测器控制系统;进一步利用自抗扰控制技术设计了一个不依赖于对象模型的轧机主传动机电振动控制系统.仿真研究结果表明:两种控制系统都有效改善了轧机主传动系统的跟踪性能,抑制了系统的机电振动现象,同时对系统内部参数如轧辊转动惯量等的摄动也具有较强的鲁棒性.首次将扩张状态观测器和自抗扰控制技术应用到轧机主传动机电振动控制系统中,并通过与传统电流、转速双PI控制和基于降维状态观测器的状态反馈控制比较,证明了该方法的有效性和优越性.     

基于永磁同步风力发电系统的自抗扰控制

以额定风速以下风能的最大捕获为目标,针对基于永磁同步风力发电系统反馈线性化模型设计了一种自抗扰控制器。所设计的自抗扰转速控制器包括扩张状态观测器和非线性状态反馈控制律,前者将扰动作为扩展状态,后者将估计转速与给定转速之差通过非线性函数变换推导出控制律,并在Matlab/Simulink下搭建仿真模型。仿真结果表明,风速在额定风速以下时,自抗扰控制方法能有效实现风力发电机组的最大风能捕获。     

基于ADRC的并联三自由度船载稳定平台稳定控制律设计

针对存在动态不确定与未知时变外界扰动下的并联三自由度船载稳定平台稳定控制问题,采用自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)技术,构造扩张状态观测器,实时估计由船载稳定平台动态不确定、未知时变外界扰动以及平台各自由度运动状态变量间的耦合构成的总扰动;设计船载稳定平台PID反馈控制律,并将总扰动的估计前馈至控制输入端补偿船载稳定平台的总扰动,以实现平台的稳定控制.理论分析表明,设计的基于ADRC的船载稳定平台稳定控制律可使其上支撑面在惯性空间保持平稳,并保证船载稳定平台闭环控制系统中所有信号一致最终有界.仿真实验结果验证了设计的基于ADRC的船载稳定平台稳定控制律的有效性以及对未知时变外界扰动的鲁棒性.     

PMSM伺服系统的RBF网络自适应滑模控制

针对位置伺服系统的非线性、外干扰及参数摄动的不确定性,通过引入RBF神经网络对未知干扰和不确定性进行自学习,提高伺服系统的鲁棒性.为了分析伺服系统的不确定性,将系统模型划分为名义模型和不确定模型两部分.其中,名义模型采用状态反馈方法进行控制,不确定部分采用RBF网络作为滑模动态补偿器进行控制,解决了伺服系统不确定性上界难以测量的问题,降低了抖振.仿真结果验证了该设计方案的有效性.     

基于SVM-ADRC的全垫升气垫船航向控制

为改善全垫升气垫船的操纵性,提出了一种基于支持向量机的参数自整定自抗扰控制算法.采用扩张状态观测器观测系统内外扰动并加以补偿,利用非线性误差反馈控制律提高控制性能.利用支持向量机辨识系统非线性关系,建立其瞬时线性化模型.结合最优控制的二次型性能指标思想,实现自抗扰控制参数的自整定.仿真结果表明：在恶劣环境扰动下,所设计控制器能够实现全垫升气垫船航向的精确控制,调节时间短、超调量小、自适应性强.     

采用非线性干扰观测器的机械臂补偿型滑模控制

针对机械臂系统中存在的内外复合不确定性干扰问题,提出一种非线性干扰观测器补偿型滑模控制策略.在非线性干扰观测器设计过程中,引入辅助函数,避免加速度反馈测量项;同时实现对复合不确定性干扰的准确估计,用以补偿系统的控制输入,克服系统的“抖振”现象.在滑模控制策略方面,基于传统方法对惯性矩阵项进行调整的基础上,引入跟踪误差对模型离心力和哥氏力项进行调整,提高系统鲁棒性和稳定性.结果表明:两者结合能够最大限度地降低系统不确定性及外界干扰对机械臂控制性能的影响,在抑制抖振的同时增强系统的鲁棒性,提高轨迹跟踪精度.     

基于自抗扰三维最优比例滑模导引律设计

针对飞行器末制导过程中存在着模型不确定性因素以及气动环境复杂等鲁棒控制问题,提出一种基于自抗扰三维最优比例滑模制导律控制方案。该控制器能够在线动态反馈补偿内外扰动的影响以增强系统的鲁棒性,仿真结果表明该方案具有较高的制导精度和较强的鲁棒性。